[发明专利]超宽带定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种超宽带定位系统及方法，该系统包括：至少一个定位终端，至少一个超宽带基站和数据服务器，其中，定位终端在定位区域内游走，与超宽带基站双向通信，用于采集超宽带基站的定位测量数据，根据所述定位测量数据，解算超宽带基站初始位置，并发送至数据服务器；数据服务器，用于根据超宽带基站初始位置，进行增量式因子图优化处理，获得超宽带基站精确位置，并发送至超宽带基站精确位置对应超宽带基站预设范围内的定位终端；所述定位终端还用于：根据接收到的超宽带基站精确位置，配置超宽带基站的位置坐标；超宽带基站，用于在配置位置坐标后，开始提供定位服务。本发明可以实现超宽带基站大规模快速部署，无需进行人工测量。

技术领域

本发明涉及室内定位技术领域，尤其涉及一种超宽带定位系统及方法。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

超宽带(Ultra Wide band，超宽带)泛指任何信号10dB带宽大于中心载波频率20％或带宽绝对值大于500MHz的无线电通信系统，具有厘米级的测距精度，良好的抗多径能力，较强的抗干扰性能，以及优秀的安全特性。超宽带定位系统通常由超宽带基站(定位基础设施)和定位终端(被定位者)组成，在室内多个位置部署超宽带基站后，当定位终端进入超宽带基站信号辐射范围，通过定位终端与超宽带基站间通信获知定位终端与各超宽带基站的距离信息，而后通过定位解算计算出定位终端的所在位置，这就是室内定位的基本原理。

以双向测距超宽带定位系统为例，图1为现有技术中定位系统组成及原理。计算处理单元与超宽带收发器共同构成一个基本定位终端102。超宽带基站101与定位终端依次进行双向通信，实现超宽带基站与标签间测距，对于平面二维定位，至少获得3个测距信息后，根据超宽带基站位置信息，可解算超宽带收发器位置；对于空间三维定位，则至少需要获得4个测距信息才能实现定位；综上，超宽带室内定位系统构建包含如下步骤：

(1)部署超宽带基站，超宽带基站联网；

(2)测量超宽带基站位置；

(3)配置超宽带位置信息与网络拓扑；

(4)与定位终端测距并定位解算；

因此，要想实现超宽带室内定位，首先要部署超宽带基站并测量超宽带基站本身精准的位置坐标。针对如何实现超宽带基站位置测量的问题，学者们提出了以下几种方法：

第一种是利用诸如GPS、北斗等GNSS(全球导航卫星系统)直接测定超宽带基站位置。此方法简便快捷，但其缺点在于卫星通信在室内信号较差，精度不够。北斗系统地定位置信区间在5米以内，无法满足室内定位的精度需要，而在地下建筑、隧道等设施中更是难以获取卫星定位信号，精度进一步下降。

第二种是利用全站仪测距，绘制地图等人工方法进行位置测算。人力方法需要消耗大量的时间成本和人力成本，一组工程队完成一座大型建筑的超宽带基站定位往往需要数天的时间，无法实现系统的快速部署，不利于室内定位技术的快速推广。

第三种是利用超宽带基站互通信，系统自主完成超宽带基站位置测算，一般是利用超宽带基站间距离和角度信息进行解算。这种方法的优点在于自动化程度较高，缺点在于，由于室内物体、墙壁对于超宽带基站信号产生阻隔，无法获取足以支撑解算的距离和角度信息。因此，面对不均匀、多阻隔的室内环境形成的非连通拓扑结构，此方法无法完成定位任务。

可见，室内超宽带基站部署中存在着室内GNSS卫星信号较弱、室内空间形状不均匀导致超宽带基站拓扑结构不均匀、室内墙体阻隔导致超宽带基站间通信受阻等难题。上述方法都存在各自的缺陷，在实际室内超宽带基站定位应用中，为了保证超宽带基站位置精准，大多采取人力方式进行测算，需要较高的时间和人力成本，制约了超宽带技术大规模使用。

发明内容